本文献是一篇综述性小论文（Mini Review），由南京大学化学化工学院、配位化学国家重点实验室的孙禄欣、戴长辉、郭宇诚及通讯作者郭盛（Sheng Guo*）共同撰写，于2026年4月3日在线发表于《CCS Chemistry》期刊。
本文全面综述了非相变膜分离（non-phase-change membrane separation）技术在液态烷烃分离领域的研究进展，重点探讨了其分离机理、材料设计策略及未来的发展方向。其核心观点在于，传统的液态烷烃分离（如蒸馏和精馏）依赖于热力学驱动的相变过程，能耗巨大且分子级选择性有限。非相变膜分离技术，如有机溶剂反渗透（OSRO）和有机溶剂纳滤（OSN），能够在无气-液相变的情况下实现选择性传输，从根本上解决高能耗问题，在石油化工、尤其是在“油转化”战略背景下，具有重要意义。
文章从以下几个方面详细阐述并支撑其核心论点。
首先，文章阐述了液态烷烃分离的产业背景与技术瓶颈。数据显示，工业分离过程占工业能源需求的40%至60%，而蒸馏又占其中50%至70%。液态烷烃是石油的主要成分，其市场需求持续增长，预计将从2024年的7483.6亿美元增至2033年的9850亿美元。这一巨大的市场体量与高能耗的传统分离工艺之间形成了结构性矛盾，尤其是在全球“碳中和”和中国政府“炼油行业节能降碳行动计划”等政策推动下，亟需发展节能、高效的分离技术。文章指出，中国已明确要发展“分子炼油”和先进分离技术，以推动“油转化”进程。这一背景构成了发展非相变膜分离技术的迫切需求，也是本文立论的价值基础。
其次，文章详细解析了非相变膜分离技术的核心传质机理。液态烷烃膜分离主要依赖OSRO和OSN，二者均通过化学位梯度驱动。论文引入了两种核心模型来区分其传质机制：溶解-扩散模型（solution-diffusion model）和孔流模型（pore-flow model）。在OSRO中，基于溶解-扩散模型，膜内压力恒定，化学位梯度表现为浓度梯度，致密膜在高压下像液体一样传递压力；而在OSN中，基于孔流模型，膜内浓度恒定，化学位梯度表现为压力梯度。文章通过非平衡态热力学方程（化学位与浓度、压力的微分关系）对这两种模型进行了严格的数学表述。此外，文章针对工业中广泛使用的非对称膜（asymmetric membranes），深入分析了其质量传递阻力的分布。借用并拓展Henis和Tripodi的气体分离电阻模型，论文指出非对称膜的总传质阻力由选择性皮层和多孔支撑层共同决定，支撑层的阻力不可忽略。特别地，在高液压的液态烷烃分离条件下，支撑层会发生显著的机械压缩，这会极大地增加其传质阻力，这是一个亟待解决的科学问题。为此，作者提出了减少皮/支撑层厚度、提高支撑层孔隙率和刚性等策略来缓解“压缩效应”。
第三，文章系统归纳了液态烷烃非相变膜分离的四大类材料设计策略。这是本文的核心部分，通过丰富的案例论证了不同策略的原理、效果与局限性。
在溶剂活化（solvent-activation）策略中，ExxonMobil公司和W. R. Grace公司开发的聚酰亚胺非对称膜，利用脱蜡溶剂作为瞬态塑化剂来增强聚合物链的运动性，从而提升通量。另一例证是，Xu等人首次报道了含 α-H基团的极性分子可与全芳香族氟化聚酰胺（FAFPA）膜的亚纳米通道相互作用，引发通道重排，从而实现对非极性液体渗透性的调控，这一发现为膜性能的调控提供了新视角。
在聚合物膜的结构工程（structural engineering of polymeric membranes）策略中，文章列举了多种精准调控聚合物链堆积、自由体积和网络刚性的方法。例如，Chisca等人通过热交联制备了超薄（约10纳米）聚三唑膜，创新性地提出了两级串联分离方案，成功将模拟原油中C10以下的烃类富集至90%以上，这表明了膜技术整合入原油分离流程的巨大潜力。Smith等人则通过酸催化界面聚合，用中等极性的亚胺键替代强极性的酰胺键，并引入高自由体积单元（如三苯基苯），制备的超微孔聚亚胺膜在渗透性和选择性上超越了传统聚酰胺膜和商业Puramem膜，有效富集了C12以下的烷烃和芳烃。最新的进展中，Xu等人通过精确控制热退火工艺，制备了可分离高达C40烃类的无缺陷聚酰亚胺非对称膜，并通过中间馏分富集的实例展示了其卓越的分离性能。此外，郭盛等人开发了一系列富含氟的聚（亚芳基胺）（FRPAA）膜，通过调节含氟侧链浓度平衡了膜的可加工性和耐溶剂性，成功在费托合成产物模拟体系中实现单级膜分离将轻组分从74 wt%富集至95 wt%，并首次通过计算模型证实了膜分离及杂化过程相比传统蒸馏在能耗和碳排放上的显著优势，为可持续发展提供了量化依据。
对于新兴的多孔框架材料，结构工程同样至关重要。Zhao等人通过界面聚合制备的孔径约4.5 Å的共价有机框架（COF）膜，在C6烷烃异构体的OSRO分离中实现了高达70.9的选择性，能将混合烷烃的研究法辛烷值（RON）从67.7提升至92.8。Zhang等人则通过扩散调控的电泳聚合，制备了具有刚性互连限域结构的共轭微孔聚合物（CMP）膜，实现了分子形状选择性的液相传输，其分离正己烷/2,2-二甲基丁烷的能耗强度显著低于气相分离和渗透汽化过程。
在无机膜的结构工程方面，虽然整体研究较少，但已有引人瞩目的突破。Koh等人通过热解6FDA-聚酰亚胺前驱体制备了碳分子筛（CMS）中空纤维膜，在无外加液压的渗透驱动下，实现了对尺寸差异小于0.1纳米的己烷异构体的分子级形状选择性分离，线性和单支链异构体对双支链异构体的选择性分别高达45.4和15.6，展示了其在有机液体分离中的规模化和稳定性潜力。Wu等人则采用沸石咪唑酯框架-8（ZIF-8）原位生长在氧化石墨烯（GO）层间的方法，制备了ZIF-8-GO膜，实现了页岩油中对正二十二烷近100%的截留，且溶剂渗透性比商业膜高71倍。
在有机-无机杂化膜策略中，Losego等人报道了一种基于气相渗透（VPI）的后修饰杂化方法。通过在固有微孔聚合物PIM-1膜内部原位形成原子级分散的金属氧化物网络，在保留原有微孔结构和传输路径的同时，极大提升了膜在有机溶剂（如正庚烷）中的尺寸稳定性和分离性能，为解决聚合物膜溶胀和稳定性问题提供了巧妙的后处理途径。
最后，文章对非相变膜分离技术的未来挑战与机遇进行了深入展望。文章指出，该技术的核心竞争力不在于简单地替代蒸馏进行沸点驱动分离，而在于实现超越热力学限制的“形状选择性”、“官能团选择性”和“取代模式选择性”分离。这包括直链/支链/环烷烃的分离，以及烷烃/烯烃、芳烃/烷烃甚至不同卤代物或单/多取代化合物的分离。这将为石油炼制（如柴油正构烷烃直接富集）、重整汽油芳烃提浓、医药与精细化工纯化等领域带来革命性变革。然而，目前技术仍面临多项挑战：大多数膜对非极性烷烃、尤其是C12以上长链烷烃的渗透性极低，成为工业化瓶颈；适用于烷烃异构体的高选择性膜材料平台仍然稀缺；传质机理尚不明确；长期运行的稳定性（如塑化、压实和老化）缺乏系统评估。文章强调，未来的突破需要将人工智能和机器学习辅助的材料设计、智能制造与工程放大进行深度融合，解决从分子设计到模块集成的全链条创新。
本文系统性地梳理了液态烷烃非相变膜分离技术从机理认知、材料设计到应用潜力的清晰图景，明确指出这是一条从根本上解耦分离效率与热力学相变限制的革新路径。其价值不仅在于对现有技术的评述，更在于提出了超越传统蒸馏的功能选择性分离这一前瞻性范式，并为未来的研究指明了从材料创新、机理阐明到工程化放大及AI融合的协同发展方向，对推动石化行业向低碳、高附加值转型具有重要的科学指导意义和战略参考价值。